機(jī)電系統(tǒng)集成技術(shù)

物流系統(tǒng)自動化——機(jī)電系統(tǒng)集成技術(shù)（4）主講：朱宏輝

第八章微納機(jī)電系統(tǒng)集成技術(shù)第七章基于虛擬儀器技術(shù)的系統(tǒng)集成第七章基于虛擬儀器技術(shù)的系統(tǒng)集成7.1虛擬儀器技術(shù)概述7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成7.3模塊化儀器系統(tǒng)集成7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成虛擬儀器（VirtualInstruments）技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展虛擬儀器的基本思想是利用計算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器中需要用硬件才能完成的功能。傳統(tǒng)儀器將所有的功能環(huán)節(jié)放在一個機(jī)箱內(nèi)，不同的功能采用不同的硬件結(jié)構(gòu)，儀器功能由硬件結(jié)構(gòu)固死，很不靈活。虛擬儀器在最少量的硬件模塊支持下，用計算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的功能。7.1虛擬儀器技術(shù)概述虛擬儀器系統(tǒng)的組成虛擬儀器產(chǎn)品包括各層次的軟件和GPIB、數(shù)據(jù)采集、信號調(diào)理、VXI和PXI控制等硬件；對虛擬儀器的應(yīng)用多是將它們搭成系統(tǒng)，即在信號調(diào)理卡、數(shù)據(jù)采集卡、GPIB接口儀器、VXI接口儀器等硬件支持下，用虛擬儀器軟件工作平臺將這些硬件和相應(yīng)的軟件組織起來形成一個系統(tǒng)，通常叫做虛擬儀器系統(tǒng)。7.1虛擬儀器技術(shù)概述基于虛擬儀器技術(shù)的機(jī)電系統(tǒng)集成的三層結(jié)構(gòu)：最底層：面向不同測控對象的傳感器和執(zhí)行器中間層：直接能夠控制硬件的各種虛擬儀器軟件最高層：進(jìn)行系統(tǒng)自動化和數(shù)據(jù)集中處理的管理軟件

7.1虛擬儀器技術(shù)概述虛擬儀器系統(tǒng)的技術(shù)特征系統(tǒng)集成和總線技術(shù)數(shù)據(jù)處理技術(shù)中斷技術(shù)通道和虛擬通道技術(shù)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)7.1虛擬儀器技術(shù)概述虛擬儀器系統(tǒng)的特點(diǎn)測試速度高可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，測量精度高、性能好設(shè)計制造容易，組建時間短，可擴(kuò)展性強(qiáng)，維修簡便7.1虛擬儀器技術(shù)概述虛擬儀器軟件技術(shù)基礎(chǔ)-圖形化虛擬儀器編程軟件LabVIEWLabVIEW軟件的主要特點(diǎn)有：圖形化編程數(shù)據(jù)流驅(qū)動前面板和后面板豐富的功能模塊和擴(kuò)展功能7.1虛擬儀器技術(shù)概述虛擬儀器硬件技術(shù)基礎(chǔ)虛擬儀器軟件平臺的目標(biāo)是盡量把不同的系統(tǒng)功能統(tǒng)一在同一個編程環(huán)境中，而硬件技術(shù)就要負(fù)責(zé)把不同的物理對象傳遞給這個統(tǒng)一的編程環(huán)境。虛擬儀器系統(tǒng)硬件技術(shù)——機(jī)電系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集儀器控制模塊化儀器運(yùn)動控制和機(jī)器視覺分布式系統(tǒng)實(shí)時和嵌入式技術(shù)工業(yè)通訊7.1虛擬儀器技術(shù)概述基于虛擬儀器技術(shù)的機(jī)電系統(tǒng)集成的最簡單最基本形式——基于通用計算機(jī)集成測量控制系統(tǒng)信號調(diào)理——SCXI系列信號調(diào)理卡模擬輸入模擬輸出數(shù)字I/O開關(guān)7.1虛擬儀器技術(shù)概述SCXI系列模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成中信號調(diào)理任務(wù)的實(shí)例溫度信號應(yīng)變信號速度和渦流傳感器信號SCXI-1321模塊的電橋連接關(guān)系SCXI-1300模塊的參考地單端連接關(guān)系7.1虛擬儀器技術(shù)概述選用數(shù)據(jù)采集硬件時需要注意的問題數(shù)據(jù)分辨率和精度最高采樣速度和輸出速度通道數(shù)數(shù)據(jù)總線接口類型是否有隔離支持的軟件驅(qū)動程序及其軟件平臺7.1虛擬儀器技術(shù)概述數(shù)據(jù)采集卡舉例PXI-6070E16通道數(shù)據(jù)采集卡基于PXI總線的數(shù)據(jù)采集卡基于筆記本電腦的數(shù)據(jù)采集卡7.1虛擬儀器技術(shù)概述基于虛擬儀器的系統(tǒng)集成的常見形式：基于數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)集成獨(dú)立儀器的系統(tǒng)集成模塊化儀器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成可編程儀器系統(tǒng)集成7.1虛擬儀器技術(shù)概述獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成的應(yīng)用背景獨(dú)立儀器是具有獨(dú)立的完整外殼，能夠完成特定和固定功能的儀器，也就是傳統(tǒng)意義上的儀器。獨(dú)立儀器具有高精度高可靠性的特點(diǎn)，有很大的市場比例和可信度；現(xiàn)代自動化測試系統(tǒng)要求多個獨(dú)立儀器互相交換信息，協(xié)同工作。虛擬儀器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立儀器的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成的核心技術(shù)-儀器控制獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成需要兩個條件：獨(dú)立儀器自身配置了行業(yè)內(nèi)通用的接口或總線的硬件，并且提供和外界通訊的代碼；有一個統(tǒng)一的平臺能夠和各個相關(guān)獨(dú)立儀器的接口或總線進(jìn)行通訊。總線技術(shù)在系統(tǒng)集成中占有非常重要的作用。7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成總線技術(shù)在系統(tǒng)集成中占有非常重要的作用。自動化儀器系統(tǒng)中廣泛使用的通用接口總線：GPIB、PCI總線和RS232總線，高級儀器儀表提供以太網(wǎng)絡(luò)、USB（通用序列總線）、IEEE1394（FireWire）接口。在LabVIEW中編程實(shí)現(xiàn)對上述總線的操作，達(dá)到控制獨(dú)立儀器的目的就是虛擬儀器技術(shù)中的儀器控制。7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成

儀器控制函數(shù)子模版VISA函數(shù)庫儀器驅(qū)動程序子模板、IEEE488操作函數(shù)子模板、串口操作函數(shù)子模板VISA操作函數(shù)子模板7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成VISA（VirtualInstrumentSoftwareArchitecture，虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)）——I/O接口軟件庫及其規(guī)范的總稱VISA本身不具備編程能力，它通過調(diào)用低層驅(qū)動程序來實(shí)現(xiàn)對儀器的控制。VISA的I/O控制功能適用于包括VXI、GPIB、RS232等各類總線的控制操作，也適用于多種網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn)基于串口協(xié)議的獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成基于GPIB接口的獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成基于專用儀器驅(qū)動程序的系統(tǒng)集成7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成基于串口協(xié)議的獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成串口協(xié)議包括RS485、RS422、RS232等。共同特征是每一個需要傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)按一定的時序依次傳輸，而不是在同一個時間一次傳遞所有的字節(jié)。7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成串口操作子模板中對串口進(jìn)行操作的函數(shù)主要有串口設(shè)置、串口寫、串口讀、串口關(guān)閉、檢測串口緩存字節(jié)數(shù)和串口中斷六個。串口操作子模版

7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成（1）“VISAConfigureSerialPort.vi”:串口參數(shù)設(shè)置VISAresourcename：設(shè)置串口號。baudrate：設(shè)置波特率，默認(rèn)值為9600。databits：設(shè)置數(shù)據(jù)位。該位應(yīng)在5~8之間，默認(rèn)值為8。parity：奇偶校驗(yàn)位，默認(rèn)值為無校驗(yàn)，可設(shè)置為奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)等。stopbits：設(shè)置停止位，可以為1、1.5、2位。flowcontrol：用于設(shè)置握手信號類型。ISTbitsense：如果該項(xiàng)為真，設(shè)備的獨(dú)立狀態(tài)位響應(yīng)TRUE，否則響應(yīng)FALSE。errorout：輸出錯誤代碼。

7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成（2）“VISARead.vi”：從串口讀取數(shù)據(jù)bytecount：設(shè)置讀取字節(jié)數(shù)。readbuffer：從串口讀取的字符。returncount：輸出實(shí)際讀取的字節(jié)數(shù)。7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成（3）“VISAWrite.vi”：向串口寫入數(shù)據(jù)或命令writebuffer：向串口設(shè)備寫入的數(shù)據(jù)。（4）“VISAClose.vi”：結(jié)束串口的數(shù)據(jù)讀寫。（5）“VISABytesatSerialPort.vi”：在串口緩沖中的字節(jié)數(shù)，在讀取緩存的數(shù)據(jù)之前察看緩存中的字節(jié)數(shù)可以保證一次性把緩存中的所有數(shù)據(jù)讀完。（6）“VISASerialBreak.vi”：在指定輸出端口發(fā)送中斷信號。7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成獨(dú)立儀器1串口獨(dú)立儀器2串口獨(dú)立儀器3串口

系統(tǒng)主機(jī)串口1串口2串口3基于串口的獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)框圖7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成主機(jī)讀串口(讀數(shù)據(jù)）寫串口（發(fā)傳送數(shù)據(jù)命令）寫串口串口初始化獨(dú)立儀器串口初始化讀串口關(guān)串口關(guān)串口獨(dú)立儀器和主機(jī)的串口通訊流程7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成主機(jī)串口通訊程序框圖7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成基于GPIB接口的獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成

GPIB接口操作子模板GPIB488.2接口操作子模板在LabVIEW中的GPIB專用函數(shù)主要有GPIB設(shè)備初始化、GPIB寫、GPIB讀、等待GPIB服務(wù)請求、GPIB觸發(fā)、GPIB口關(guān)閉等。

7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成（1）GPIBInitialization.vi：對GPIB設(shè)備進(jìn)行初始化requirere-addressing：如果該項(xiàng)為真，則GPIB儀器每次讀寫后，需要更新地址號；如果為假，則保留原有地址號。AssertRENwithIFC：如果該項(xiàng)為真，并且控制器是系統(tǒng)控制器時，GPIB發(fā)送一個遠(yuǎn)程控制信號。Systemcontroller：如果該項(xiàng)為真，GPIB作為系統(tǒng)控制器使用。addressstring：設(shè)置使用的GPIB控制器地址，默認(rèn)值為主GPIB控制器的配置地址，通常為0。如果只有一個控制器，則該項(xiàng)無需設(shè)置。ISTbitsense：如果該項(xiàng)為真，設(shè)備的獨(dú)立狀態(tài)位響應(yīng)TRUE，否則響應(yīng)FALSE。errorout：輸出錯誤代碼。7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成（2）“GPIBRead.vi”：從GPIB設(shè)備讀取數(shù)據(jù)timeoutms：操作的限時。如果未在該時間段內(nèi)完成，操作終止。bytecount：設(shè)置讀取的字節(jié)數(shù)。addressstring：輸入GPIB儀器的地址，可以使用primary+secondary的形式輸入主次兩個地址。data：從GPIB儀器讀取的數(shù)據(jù)。7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成（3）“GPIBWrite.vi”：向GPIB設(shè)備寫入數(shù)據(jù)或命令。data：向GPIB儀器寫入的數(shù)據(jù)。status：一個16位布爾型數(shù)組，每一位都描述了GPIB控制器的狀態(tài)。例如超時，操作終止，則第14位置TRUE。（4）“GPIBClear.vi”：結(jié)束GPIB設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫。7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成獨(dú)立儀器1GPIB接口獨(dú)立儀器2獨(dú)立儀器3系統(tǒng)主機(jī)GPIB接口卡GPIB接口GPIB接口GPIB接口基于GPIB總線的儀器系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)框圖7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成GPIB儀器控制的程序框圖7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成

數(shù)字萬用表的控制函數(shù)子模板數(shù)字示波器的控制函數(shù)子模版基于專用儀器驅(qū)動程序的系統(tǒng)集成7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成用數(shù)字示波器控制函數(shù)子模版上的函數(shù)控制示波器DSO6012A(a)前面板(b)程序框圖7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成

被控制示波器及其波形圖示波器DSO6012A的I/O方式7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成多總線協(xié)同工作在LabVIEW軟件環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的彩色顯像管畫面圖像采集與畫面質(zhì)量測試與分析系統(tǒng)的硬件框圖。在這個系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了PXI、VXI、RS232、GPIB等總線的融合，調(diào)動了PXI模塊化儀器、GPIB傳統(tǒng)儀器和SCXI信號調(diào)理模塊協(xié)同工作。彩色顯像管畫面圖像采集與畫面質(zhì)量測試與分析系統(tǒng)的硬件框圖7.2獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成模塊化儀器系統(tǒng)集成的應(yīng)用背景獨(dú)立儀器系統(tǒng)集成：每一臺獨(dú)立儀器都具有自己的殼體和面板，在儀器的內(nèi)部都具備自己的處理內(nèi)核和存儲設(shè)備，需要通過一定的電纜或總線進(jìn)行硬件的連接。系統(tǒng)集成的每一臺儀器都要占據(jù)比較大的體積，處理內(nèi)核和存儲設(shè)備也可能出現(xiàn)冗余，而電纜的連接往往限制數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?.3模塊化儀器系統(tǒng)集成從節(jié)約空間、共享資源和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌瓤紤]，模塊化儀器系統(tǒng)集成：去掉了獨(dú)立儀器的殼體和面板，將其最核心的硬件做成插卡形式，在一個統(tǒng)一機(jī)殼的底部作高速背板總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過一個中央控制器對每一個模塊進(jìn)行控制并提供人機(jī)交互的接口。7.3模塊化儀器系統(tǒng)集成模塊化儀器系統(tǒng)集成的核心技術(shù)-PXI總線模塊化儀器有VXI總線儀器和PXI總線儀器。PXI總線是在虛擬儀器技術(shù)中提出的一種特殊的儀器總線，它在VXI儀器的高性能和PCI總線的低廉價格之間作了一個權(quán)衡。目前廣泛使用于需要節(jié)省體積而提高性能的系統(tǒng)集成場合，例如機(jī)載系統(tǒng)、車載系統(tǒng)等。7.3模塊化儀器系統(tǒng)集成PXI總線和PCI總線的關(guān)系PXI總線結(jié)構(gòu)的物理特性PXI總線結(jié)構(gòu)的電氣特性PXI模塊化平臺的機(jī)械結(jié)構(gòu)7.3模塊化儀器系統(tǒng)集成通過PXI總線結(jié)構(gòu)連接起來的綜合測試系統(tǒng)，它綜合了GPIB、VXI和PXI三種儀器數(shù)據(jù)總線。7.3模塊化儀器系統(tǒng)集成模塊化儀器系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn)正確選擇需要的模塊化儀器是系統(tǒng)集成的關(guān)鍵。目前，NI公司的模塊化儀器能提供以下功能：射頻信號分析儀高速數(shù)字化儀/示波器動態(tài)信號分析儀數(shù)字萬用表任意波形發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器高速數(shù)字I/O設(shè)備多軸運(yùn)動控制器繼電器開關(guān)矩陣7.3模塊化儀器系統(tǒng)集成儀器之間的聯(lián)系也由機(jī)箱背板上的PXI總線代替，可靠性和數(shù)據(jù)傳遞速度大大提高，其數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到132Mbytes/s。計算機(jī)高速數(shù)據(jù)采集信號發(fā)生器萬用表示波器數(shù)字I/O7.3模塊化儀器系統(tǒng)集成NI虛擬儀器資源管理器中的PXI模塊化儀器7.3模塊化儀器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成的應(yīng)用背景前面的系統(tǒng)集成方法，囿于系統(tǒng)的模塊和模塊之間、儀器和儀器之間數(shù)據(jù)傳輸總線方式的限制，不能實(shí)現(xiàn)長距離的數(shù)據(jù)傳輸和信息共享，因此，集成系統(tǒng)的空間范圍受到限制。隨著機(jī)電系統(tǒng)的復(fù)雜程度越來越高，空間尺度越來越大，分布式測控或遠(yuǎn)程測控的概念被使用得越來越廣泛。虛擬儀器技術(shù)借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展來擴(kuò)展自己的功能，出現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)化儀器的系統(tǒng)集成。7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成的三種主要方式：1.利用計算機(jī)既有的遠(yuǎn)程面板和網(wǎng)頁發(fā)布的方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)中的信息共享；2.獨(dú)立儀器自帶網(wǎng)絡(luò)端口，通過基于LAN的特殊儀器總線LXI實(shí)現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)范圍的儀器控制和信息共享；3.通過對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的控制實(shí)現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)范圍的儀器控制和信息共享，具體又包括TCP/IP協(xié)議控制、UDP協(xié)議控制、DataSocket協(xié)議控制。7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成的核心技術(shù)-DataSocket協(xié)議7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成DataSocket的體系結(jié)構(gòu)LabVIEW開發(fā)環(huán)境支持三種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議：TCP、UDP及DataSocket。TCP和UDP是通用的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議.DataSocket是由在虛擬儀器技術(shù)中特有的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成DataSocket包括：工具軟件DataSocketServerManager工具軟件DataSocketServerDataSocket函數(shù)庫技術(shù)規(guī)范DSTP（DataSocketTransferProtocol，DataSocket傳輸協(xié)議）通用資源定位符URL（UniformResourceLocator）7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程桌面方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)集成網(wǎng)頁發(fā)布方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)集成基于LXI總線實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)集成基于DataSocket傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)集成7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成遠(yuǎn)程桌面方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)集成不應(yīng)用具體協(xié)議而直接利用Windows系統(tǒng)的遠(yuǎn)程桌面。系統(tǒng)主機(jī)直接連接到系統(tǒng)各子模塊計算機(jī)的桌面，操作子模塊計算機(jī)進(jìn)行測控，就像實(shí)際操作那臺計算機(jī)。遠(yuǎn)程桌面基本概念——客戶端和服務(wù)器端。7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成

WebServer設(shè)置對話框工具菜單中的遠(yuǎn)程桌面連接管理器選項(xiàng)7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成

遠(yuǎn)程桌面連接管理器遠(yuǎn)程桌面連接對話框

7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成網(wǎng)頁發(fā)布方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)集成系統(tǒng)主機(jī)作為客戶端或者網(wǎng)頁的瀏覽端，系統(tǒng)子模塊作為服務(wù)器端提供數(shù)據(jù)并控制機(jī)電對象。7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成WebPublishingTool對話框網(wǎng)頁發(fā)布的橋梁測試信號觀察及譜分析VI7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn)基于LXI總線實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)集成LAN被廣泛應(yīng)用于各種測試系統(tǒng)，如遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)分析儀和數(shù)據(jù)記錄儀等，并特別適用于分布式的系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控。LXI（LANextensionsforInstrumentation）是LAN是儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。Agilent等公司在2005年推出第一批符合LXI標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。LXI規(guī)范詳述利用以太網(wǎng)作為設(shè)備主要通信總線的LXI設(shè)備的技術(shù)要求。7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成LXI總線標(biāo)準(zhǔn)的三種主要功能屬性:●標(biāo)準(zhǔn)化的LAN接口，它可提供Web的接口和編程控制。LAN接口可以是無線或有線物理連接的接口。接口支持對等操作及主從操作?！窕贗EEE1588標(biāo)準(zhǔn)的觸發(fā)設(shè)備，使模塊具有準(zhǔn)確動作時間，且能經(jīng)LAN接口發(fā)出觸發(fā)事件。●基于低壓差分信號（LVDS）電氣接口的物理線觸發(fā)系統(tǒng)，它允許通過有線接口互連模塊。

7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成LXI接口總線儀器的結(jié)構(gòu)形式：最常用的結(jié)構(gòu)形式是包括前面板顯示和用戶接口的經(jīng)典臺式儀器。對于生產(chǎn)制造或航空航天/國防應(yīng)用中的計算機(jī)控制的測試系統(tǒng)，無面板結(jié)構(gòu)能更好適應(yīng)本地和遠(yuǎn)程部署的緊湊型系統(tǒng)。LXI標(biāo)準(zhǔn)也允許把傳感器、放大器、濾波器、衰減器這類裝置裝在一個緊湊的箱體內(nèi)，從而能放入測試夾具行遠(yuǎn)程位置。帶有LXI總線的儀器可能是獨(dú)立儀器也可能是模塊化儀器.7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成LXI總線儀器控制的方式：每一臺符合LXI標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備都會提供自己的網(wǎng)頁。網(wǎng)頁上要有該設(shè)備的各種重要信息，包括制造商、型號、序列號、說明、主名、MAC地址和IP地址。通過瀏覽器控制儀器的能力為需要從世界任何地方以簡便方法訪問測試系統(tǒng)的測試工程師開辟了全新的可能。所有LXI設(shè)備都配備了可互換虛擬儀器(IVI)驅(qū)動程序，能夠?qū)VI驅(qū)動程序進(jìn)行操作的軟件都可以對這些設(shè)備進(jìn)行編程控制。7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成LXI總線性能的問題：LAN和LXI是基于以太網(wǎng)的通訊方式，以太網(wǎng)本身的一些缺陷還是會存在，如需要人工配置IP地址，如何解決IP地址的沖突問題等；數(shù)據(jù)傳遞的實(shí)時性、數(shù)據(jù)的完整性和安全性。7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成基于DataSocket傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)集成基于DataSocket傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)集成最重要的就是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主機(jī)對子模塊計算機(jī)數(shù)據(jù)的共享和命令的傳達(dá)。DataSocket連接——直接調(diào)用控件的DataSocketconnection選項(xiàng)控件的DataSocketconnection選項(xiàng)7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成DataSocket中常用的URL格式URLExampledstpdstp:///numeric,wherenumericisthenamedtagforthedataopcopc:\NationalInstruments.OPCTest\item1opc:\\machine\NationalInstruments.OPCModbus\ModbusDemoBox.4:0logoslogos://computer_name/process/data_item_namefieldpoint://computer_name/process/data_item_nameftp/datasocket/ping.wavfilefile:ping.wavfile:c:\mydata\ping.wavfile:\\machine\mydata\ping.wav7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成DataSocket協(xié)議不支持二維及二維以上數(shù)組的傳輸，因此在傳遞波形信號的時候，時間信息無法同時傳遞。波形數(shù)據(jù)重建及復(fù)現(xiàn)程序

7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成DataSocketserver設(shè)置——通過DataSocketservermanager來進(jìn)行設(shè)定DataSocketServerManager對話框

ServerSettings（服務(wù)器配置）PermissionGroups（許可組）PredefinedDataItems（預(yù)定義的數(shù)據(jù)項(xiàng)目）：7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成DataSocketServer程序——監(jiān)管DataSocketServerManager中所設(shè)定的各種權(quán)限和客戶程序之間的數(shù)據(jù)交換DataSocketServer對話框7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成DataSocket數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議控制函數(shù)DataSocket函數(shù)控制子模板

7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成“DataSocketOpen.vi”：打開一個URL連接

URL：設(shè)置連接的網(wǎng)絡(luò)用戶地址。DataSocket可用的URL共有5種，即dstp、opc、logos、ftp和file傳輸協(xié)議。mode：設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接的模式，共有讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)、讀/寫數(shù)據(jù)、讀緩沖器、讀/寫緩沖器5種模式。connectionid:惟一識別此DataSocket連接的標(biāo)識。7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成“DataSocketRead.vi”：從打開的連接中讀出數(shù)據(jù)

connectionin：指定讀取數(shù)據(jù)的資源，可以是URL字符串，也可以是DataSocket連接標(biāo)識。type：指定讀取數(shù)據(jù)的類型，并且設(shè)置輸出端口的數(shù)據(jù)類型。data：從DataSocketServer讀取的數(shù)據(jù)。7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成“DataSocketWrite.vi”：從打開的連接中讀出數(shù)據(jù)data：向DataSocketServer寫入的數(shù)據(jù)。“DataSocketClose.vi”：關(guān)閉DataSocket連接?！癟oVariant.vi”：將任一數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為Variant類型?！癡ariantToData.vi”：將Variant類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為LabVIEW可以處理的類型。“VariantToFlattenedString.vi”：將Variant類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為FlattenedString類型的數(shù)據(jù)和一個表示數(shù)據(jù)類型的整數(shù)數(shù)組。7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成(a)子模塊計算機(jī)程序框圖(b)系統(tǒng)主機(jī)程序框圖DataSocket控制函數(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主機(jī)和子模塊數(shù)據(jù)傳輸

7.4網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)集成第八章微納機(jī)電系統(tǒng)集成技術(shù)8.1微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）概述8.2微機(jī)電系統(tǒng)主要制作工藝8.3微機(jī)電集成系統(tǒng)設(shè)計8.4納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)概述

早在1955年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者R.P.Feynman曾經(jīng)提出這樣的設(shè)想：如果人類能夠用常規(guī)的機(jī)器制造出比其體積小的機(jī)器，而較小的機(jī)器又可以制造更小的機(jī)器，這樣一步步逐級縮小生產(chǎn)裝置，以致最后實(shí)現(xiàn)按人的意志排布原子，這將對人類的生活創(chuàng)造奇跡。8.1微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）概述微機(jī)電系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展

80年代中后期以來，以集成電路工藝和微機(jī)械加工工藝為基礎(chǔ)制造的各種微傳感器和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）脫穎而出，平均年增長率達(dá)到30％。MEMS是尺寸從毫米到微米級的將電子元件和機(jī)械元件集成到一起的系統(tǒng)，可以對微小尺寸進(jìn)行敏感、控制、驅(qū)動，單獨(dú)地或配合地完成特定的功能；具有體積和質(zhì)量小、成本和能耗低、集成度和智能化程度高等一系列特點(diǎn)。8.1微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）概述微機(jī)電系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展微機(jī)電系統(tǒng)名稱的首次正式問世是在1989年美國鹽湖城一次有關(guān)微型遙控機(jī)器人的會議（Micro-Tele-OperatedRoboticsWorkshop）上，由加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的RogerHowe教授宣布的。8.1微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）概述微機(jī)電系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展

微機(jī)電系統(tǒng)（MicroElectroMechanicalSystems,簡記作MEMS）：“微機(jī)電系統(tǒng)是電子和機(jī)械元件相結(jié)合的微裝置或系統(tǒng)，采用與集成電路（IC）兼容的批加工技術(shù)制造，尺寸可從毫米到微米量級范圍內(nèi)變化。這些系統(tǒng)結(jié)合了傳感和執(zhí)行功能并進(jìn)行運(yùn)算處理，改變了我們感知和控制物理世界的方式?！?/p>

微系統(tǒng)技術(shù)（MicroSystemsTechnology,簡記作MST)

微機(jī)器（Micro-Machine）8.1微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）概述微機(jī)電系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展汽車類電子類醫(yī)療類通訊類國防類慣性導(dǎo)航儀表磁盤驅(qū)動頭血壓傳感器光纖網(wǎng)絡(luò)元件武器制導(dǎo)空調(diào)壓縮機(jī)傳感器噴墨打印頭肌肉刺激及藥物輸送系統(tǒng)射頻繼電器、開關(guān)和濾波器監(jiān)控器件制動力傳感器投影屏電視植入式壓力傳感器便攜通訊設(shè)備投影顯示武器系統(tǒng)燃料及氣壓傳感器地震傳感器假體壓控振蕩器嵌入式傳感器氣囊傳感器航空壓力傳感器微型分析儀器分合器數(shù)據(jù)存儲智能輪胎傳感器巨量數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)起搏器可調(diào)激光飛行器控制MEMS應(yīng)用8.1微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）概述微機(jī)電系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展

進(jìn)入MEMS世界

微機(jī)電系統(tǒng)基本概念1微泵微機(jī)電系統(tǒng)基本概念

所謂微機(jī)械（Micromachining）是實(shí)現(xiàn)微機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計和制造手段，微機(jī)械就是制做人的肉眼不能直觀感知的微小尺寸元器件，微機(jī)械是MEMS加工最主要的基礎(chǔ)。微機(jī)械的生產(chǎn)工藝方法主要是在集成電路的生產(chǎn)工藝方法的基礎(chǔ)上擴(kuò)展形成的。微機(jī)電系統(tǒng)基本概念

對于微機(jī)械，可有多種材料制作，但由于硅材料理想的機(jī)械和電子特性，以及IC制造工藝的部分兼容性使之成為微機(jī)電系統(tǒng)的首選材料。其體積小、重量輕、功耗小、成本低，易集成、批量大、強(qiáng)度高、彈性變形小、抗過載能力強(qiáng)、可以在惡劣的環(huán)境下長時間、大負(fù)荷的穩(wěn)定工作。微機(jī)電系統(tǒng)基本概念微機(jī)械按其尺寸可分為

宏觀微機(jī)械（>1m）

介觀微機(jī)械（10nm1m）

原子和分子機(jī)械（<10nm）現(xiàn)有的微機(jī)械慣性儀表在微米量級，屬于宏觀微機(jī)械范疇。其工作原理、設(shè)計理論等大體可以沿襲傳統(tǒng)的理論。但是，隨著微結(jié)構(gòu)尺寸的不斷縮小，結(jié)構(gòu)可承受的外載荷和體積力變得次要，而摩擦力和其它表面力有時成為影響性能的主要因素。微機(jī)電系統(tǒng)基本概念微尺度的器件可概括有以下特點(diǎn)：

（1）摩擦作用大于慣量作用，毛細(xì)現(xiàn)象、靜電力、以及接觸面阻力在微尺度中的影響是顯著的。（2）熱耗散大于熱存儲，因此熱傳播性質(zhì)既可能是個問題，也可能帶來好處。（3）流體或質(zhì)量的傳輸性質(zhì)是極端重要的，微小的流動空間趨向于阻斷，另一方面也可以調(diào)節(jié)流體運(yùn)動。（4）材料性質(zhì)（楊氏模量、泊松比、顆粒結(jié)構(gòu)等）及力學(xué)性質(zhì)（殘余應(yīng)力、磨損、疲勞等）可能依賴尺寸而變化。微機(jī)電系統(tǒng)集成的主要特點(diǎn)微機(jī)電系統(tǒng)集成的主要特點(diǎn)微機(jī)電系統(tǒng)集成的主要特點(diǎn)

MEMS微結(jié)構(gòu)與IC電路集成例微機(jī)電系統(tǒng)集成的主要特點(diǎn)

IC和MEMS加工工藝的類似性8.2微機(jī)電系統(tǒng)主要制作工藝不同加工層數(shù)的MEMS器件示例8.2微機(jī)電系統(tǒng)主要制作工藝表面犧牲層工藝流程表面加工技術(shù)體硅溶解薄片法加工工藝體加工技術(shù)

LIGA工藝大致過程體加工技術(shù)LIGA工藝過程簡圖光刻出結(jié)構(gòu)模型殘留犧牲層，并在基板上電鑄金屬去除犧牲層，產(chǎn)生金屬鑄型在金屬鑄型中注入塑料材料形成塑料結(jié)構(gòu)鑄型電鑄出最終的金屬微結(jié)構(gòu)光刻電鑄制造鑄型填充生成鑄型電鑄完成體加工技術(shù)

LIGA工藝加工可動部件體加工技術(shù)硅－玻璃鍵合原理鍵合封裝技術(shù)（1）并行設(shè)計——把設(shè)計與制造結(jié)合起來（2）按系統(tǒng)工程的理論和方法去分析處理問題（3）多學(xué)科交叉進(jìn)行設(shè)計（4）掌握有關(guān)各領(lǐng)域信息資料（5）以達(dá)到顧客滿意的設(shè)計目標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)為系統(tǒng)設(shè)計的最終目的8.3微機(jī)電集成系統(tǒng)設(shè)計基本設(shè)計方法

SoC設(shè)計流程

IP——IntellectualProperty8.3微機(jī)電集成系統(tǒng)設(shè)計SoC技術(shù)（1）超高頻率

縮小器件尺寸可以不設(shè)計復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)就獲得較快的響應(yīng)速度，現(xiàn)在已經(jīng)可以用表面納米加工技術(shù)生成基頻在10GHz以上的諧振腔。（2）超低功率

目前通過電子束刻蝕技術(shù)加工成的NEMS器件的功率可以小到

,技術(shù)的信號處理器或者計算機(jī)系統(tǒng)所消耗的能量只有

，這比當(dāng)前同等計算能力的計算機(jī)系統(tǒng)消耗的能量降低了6個數(shù)量級。8.4納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)概述

納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)特性

雙鉗位SIC諧振器8.4納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)概述

納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)特性

（1）生物材料領(lǐng)域

（2）信息領(lǐng)域（3）碳納米管8.4納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)概述

納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)的應(yīng)用用BioNEMS進(jìn)行生物系統(tǒng)微小力的檢測8.4納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)概述

納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)的應(yīng)用

當(dāng)器件變得越來越小時，宏觀特性會部分消失，而微